CN101327746A - 一种电动汽车制动系统 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车制动系统，其中，该系统包括机械制动装置、电力再生制动装置、轮速传感器、制动踏板传感器、CAN通信网络、电机控制单元和机械制动控制单元，电机控制单元和机械制动控制单元之间通过CAN通信网络连接，控制机械制动装置和/或电力再生制动装置进行制动。采用机械制动和电力再生制动的联合制动，充分发挥了两种不同制动方式的优点，在提高汽车制动的稳定性与安全性，减少制动机械件磨损的同时能够有效回收制动能量。

Description

一种电动汽车制动系统
技术领域
本发明是关于一种制动系统。尤其是一种电动汽车制动系统。
背景技术
现有电驱动汽车多采用机械制动或电力再生制动。机械制动一般采用传统的制动系统，制动过程制动能量完全转化为热量而损失，并且对机械件的磨损较大，导致制动性能变差，需要经常检修维护；电力再生制动是通过对驱动电机励磁，使驱动电机发电，在发电过程中产生制动力。电力再生制动系统中有车载储能装置，将制动动能转化的电能存储于车载储能装置中，当车辆行驶时供给驱动电机使用，提高了电动车的续驶里程。但是，电动汽车采用单独的电力再生制动可获得的制动强度较低，而且制动强度还受挡位和车速变化的影响，无法满足制动强度需要及制动的恒定性要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电动汽车制动系统制动强度与能量再生不能同时取得良好的效果的缺点，提供一种采用多种制动方法，在提高汽车制动的稳定性与安全性，减少制动机械件磨损的同时能够有效回收制动能量的电动汽车制动系统。
本发明提供的电动汽车制动系统，其中，该系统包括机械制动装置、电力再生制动装置、轮速传感器、制动踏板传感器、CAN通信网络、电机控制单元和机械制动控制单元，轮速传感器与机械制动控制单元电连接，制动踏板传感器与电机控制单元电连接，电机控制单元和机械制动控制单元之间通过CAN通信网络连接，控制机械制动装置和/或电力再生制动装置进行制动；
轮速传感器用于实时采集车轮转速并将其转化为电信号V输入机械制动控制单元；
制动踏板传感器用于将制动踏板信号转换为电信号T，并将电信号T输入电机控制单元；
电机控制单元和机械制动控制单元根据电信号T和电信号V控制机械制动装置和/或电力再生制动装置进行制动。
采用机械制动和电力再生制动的联合制动，并由控制单元根据车辆不同情况下所需制动强度，自动选择机械制动装置和电力再生制动装置单独或同时对车辆进行制动，克服了单独采用机械制动不能回收能量，车辆续驶性能不高的缺点和单独采用电力再生制动制度强度低的缺点，充分发挥两种不同制动方式的优点，使得本发明提供的电动汽车制动系统在提高汽车制动的稳定性与安全性，减少制动机械件磨损的同时能够有效回收制动能量。
附图说明
图1是本发明提供的电动汽车制动系统的结构框图；
图2是本发明提供的电动汽车制动系统的结构示意图：
图3是本发明提供的电动汽车制动系统的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式作详细说明。
如图1所示，本发明提供的电动汽车制动系统，其中，该系统包括机械制动装置1、电力再生制动装置2、轮速传感器5、制动踏板传感器6、CAN通信网络7、电机控制单元3和机械制动控制单元4，轮速传感器5与机械制动控制单元4电连接，制动踏板传感器6与电机控制单元3电连接，电机控制单元3和机械制动控制单元4之间通过CAN通信网络7连接，控制机械制动装置1和/或电力再生制动装置2进行制动。
机械制动装置1为本领域所常用的制动装置，可以是液压制动，也可以是空气制动，优选为液压制动装置，包括有制动压力调节器8、主制动液压缸9、分制动液压缸10和制动器11。
电力再生制动装置2为本领域所常用的制动装置，包括电机12、传动单元13、传动轴14以及蓄电池17。
如图2所示，各传感器与控制单元在自动控制中的作用为：
轮速传感器5用于实时采集车轮转速并将其转化为电信号V输入机械制动控制单元4；
制动踏板传感器6用于将档位信号转换为电信号T，并将电信号T输入电机控制单元3；
电机控制单元3和机械制动控制单元4用于根据电信号V和电信号T控制机械制动装置1和/或电力再生制动装置2进行制动。
采用机械制动和电力再生制动的联合制动，并由控制单元根据车辆不同情况下所需制动强度，自动选择机械制动装置和电力再生制动装置单独或同时对车辆进行制动，克服了单独采用机械制动不能回收能量，车辆续驶性能不高的缺点和单独采用电力再生制动制度强度低的缺点，充分发挥两种不同制动方式的优点，使得本发明提供的电动汽车制动系统在提高汽车制动的稳定性与安全性，减少制动机械件磨损的同时能够有效回收制动能量。
本发明提供的电动汽车制动系统中的控制程序根据车辆刹车时的不同情况自动选择制动装置，因此，优选的情况下，所述电机控制单元3接收到的电信号T表明车辆正在刹车时，通过CAN通信网络7将车辆正在刹车的信息传送给机械制动控制单元4；
机械制动控制单元4接收到电机控制单元3传送的信息后，通过实时接收到的电信号V判定刹车为紧急刹车状态时，控制机械制动装置2进行制动，同时通过CAN通信网络7将紧急刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动；
机械制动控制单元4通过电信号V判定刹车为中轻度刹车状态时，通过CAN通信网络7将中轻度刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动；
机械制动控制单元4通过电信号V判定刹车为停车刹车状态时，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动。
更为优选的情况下，所述电信号V的最小值代表轮速为零，轮速与信号值成正比关系；
电机控制单元3接收到的电信号T表示制动时，通过CAN通信网络7将踏板动作信息传送给机械制动控制单元4；
机械制动控制单元4接收到电机控制单元3传送的信息后，机械制动控制单元4根据接收到的电信号V计算出车轮减速度大于2.0米/平方秒时，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动，同时通过CAN通信网络7将紧急刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动；
机械制动控制单元4根据接收到的电信号V计算出车轮减速度小于2.0米/平方秒，机械制动控制单元4通过CAN通信网络7将中轻度刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动；
机械制动控制单元4根据接收到的电信号V计算出车轮转速小于30公里/小时以及车轮减速度大于2米/平方秒，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动。
机械制动控制单元根据接收到的电信号V计算出车轮减速度的方法为本领域技术人员所公知，控制单元根据轮速信号计算车轮圆周速度，再对车轮圆周速度进行微分计算即可得到车轮的减速度。
这样的控制程序简单明了，明确区分车辆的不同状态，采用不同策略控制相应的制动装置进行制动，既可以实现制动及时，平稳，由能有效的回收制动能量。
机械制动控制单元和电机控制单元以及各传感器为汽车自动控制系统普遍采用的电子元器件。
机械制动控制单元和电机控制单元可以是现有的汽车常用的以单片微型计算机为核心所组成的电子控制装置。
控制单元接收传感器发送的信号，并发出指令，实现自动控制，所需的信号应准确、及时。
优选的情况下，所述制动踏板传感器6为位置传感器，轮速传感器5为转速传感器；电信号T为电压信号，电信号V为脉冲信号。
速度传感器主要有发动机转速传感器、变速器输出轴转速传感器、车轮转速传感器等，转速传感器是测量速度最基本的传感器。
制动踏板传感器6为位置传感器，常用的有霍耳式，磁感应式，电阻式，优选为磁感应式，在制动踏板动作时，传感器向电子控制单元发出信号，制动踏板不动作时，传感器不向电子控制单元发出信号。
电力再生制动装置中的电机是驱动电机，其具有发电特性，而电力再生制动方法就是驱动电机消耗动能转化为电能，在汽车下坡过程中驱动电机不需做功并由车轮拖动，此时有大量的动能可以转化为电能，因此，作为本发明的一种优选实施方式，所述电动汽车制动系统还包括坡道开关33，所述坡道开关33与电机控制单元3电连接，用于在车辆处于下坡过程中，手动开关触发电机控制单元控制电力再生制动装置2进行制动。
电力再生制动装置进行制动就是电机处于发电状态，消耗动能转化为电能。这样可以使电力再生制动装置能量转化的优点充分发挥。
电力再生制动装置将转化后的电能存储在车载储能装置中，即蓄电池。蓄电池有最大储量的限制，在储存的电量达到限制值后，电力再生制动不能产生制动效果，因此，优选的情况下，电机控制单元3还包括电池荷电状态测量模块，用于测量电力再生制动装置2中蓄电池17的电量，当蓄电池17的电量超过满电量值的90％时，电机控制单元3控制电力再生制动装置2停止制动，同时通过CAN通信网络7将信息发给机械制动控制单元4，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动。
在整套系统的控制程序中加入电池荷电状态测量模块，有效解决了在蓄电池电量满值之后电力再生制动无法制动的问题，避免了在电力再生制动装置单独制动过程中的问题，使得本发明更加安全可靠。
目前，为保证汽车的安全，普遍在汽车制动装置中采用防抱死制动系统，即ABS。ABS能够在车辆制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，减少交通事故。
作为本发明的一个优选实施例，所述机械制动控制单元4中还包括防抱死制动控制模块，防抱死制动控制模块用于接收轮速传感器5输入信号，计算车辆的轮速，车速，减速度和滑移率，并控制机械制动装置1的制动力分配。
在本发明提供的制动系统中加入ABS控制模块，进一步提高了安全性。
下面根据图1、图2说明本发明提供的电动汽车制动系统的工作过程
机械制动装置1包括制动压力调节器8、主制动液压缸9、分制动液压缸10和制动器11，分制动液压缸10装于驱动轮15和从动轮16上，机械制动装置1对驱动轮15和从动轮16均能实施制动。
电力再生制动装置2包括电机12、传动单元13、传动轴14以及蓄电池17，电力再生制动装置2只对驱动轮15实施制动。
轮速传感器5与机械制动控制单元4电连接，制动踏板传感器6、坡道开关33与电机控制单元电3连接，电机控制单元3和机械制动控制单元4之间通过CAN通信网络7连接。
车辆启动之后，轮速传感器5开始实时采集车轮转速并转化为电信号V传动到机械制动控制单元4，制动踏板传感器6感应制动踏板状态并转化为电信号T传送到电机控制单元3。
当车辆在行驶过程中刹车时，电机控制单元3接收到的电信号T，通过CAN通信网络7将车辆刹车的信息传送给机械制动控制单元4；
机械制动控制单元4接收到电机控制单元3传送的信息后，机械制动控制单元4根据接收到的电信号V计算车轮减速度：
首先判断车轮减速度是否大于2.0米/平方秒；
当车轮减速度小于2.0米/平方秒时，刹车为中轻度刹车，械制动控制单元4通过CAN通信网络7将中轻度刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动；
当车轮减速度大于2.0米/平方秒时，则判断车轮转速是否小于30公里/小时；
如果车轮转速大于30公里/小时，刹车为紧急刹车，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动，同时通过CAN通信网络7将紧急刹车信息传送给电机控制单元3，电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动。
如果车轮转速小于30公里/小时，刹车为停车刹车，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动。
当车辆处于下坡过程中时，驾驶人员打开坡道开关33，触发电机控制单元3控制电力再生制动装置2进行制动。
在上述电力再生制动装置2进行制动的过程中，电机控制单元3中的电池荷电状态测量模块，测量电力再生制动装置2中的蓄电池17的电量，当蓄电池17的电量超过满电量值的90％时，电机控制单元3控制电力再生制动装置2停止制动，同时通过CAN通信网络7将信息发给机械制动控制单元4，机械制动控制单元4控制机械制动装置1进行制动。
机械制动控制单元4中的ABS控制模块通过对轮速传感器5实时采集到的计算，得出车轮的滑移率、加速度，当车轮的滑移率与车轮加速度达到ABS系统启动门限时，ABS控制模块启动ABS防抱死制动系统，根据车辆刹车具体状态，通过机械制动装置1中的制动压力调节器8对各个驱动轮15和从动轮16的制动压力进行调节，实现防抱死功能。

Claims (7)

1、一种电动汽车制动系统，其特征在于，该系统包括机械制动装置、电力再生制动装置、轮速传感器、制动踏板传感器、CAN通信网络、电机控制单元和机械制动控制单元，轮速传感器与机械制动控制单元电连接，制动踏板传感器与电机控制单元电连接，电机控制单元和机械制动控制单元之间通过CAN通信网络连接，控制机械制动装置和/或电力再生制动装置进行制动；
轮速传感器用于实时采集车轮转速并将其转化为电信号V输入机械制动控制单元；
制动踏板传感器用于将制动踏板信号转换为电信号T，并将电信号T输入电机控制单元；
电机控制单元和机械制动控制单元根据电信号T和电信号V控制机械制动装置和/或电力再生制动装置进行制动。
2、根据权利要求1所述的电动汽车制动系统，其特征在于，所述电机控制单元接收到的电信号T表明车辆正在刹车时，通过CAN通信网络将信息传送给机械制动控制单元；
机械制动控制单元接收到电机控制单元传送的信息后，通过实时接收到的电信号V判定刹车为紧急刹车状态时，控制机械制动装置进行制动，同时通过CAN通信网络将车辆处于紧急刹车的信息传送给电机控制单元，电机控制单元控制电力再生制动装置进行制动；
机械制动控制单元通过电信号V判断定刹车为中轻度刹车状态时，通过CAN通信网络将车辆处于中轻度刹车的信息传送给电机控制单元，电机控制单元控制电力再生制动装置进行制动；
机械制动控制单元通过电信号V判断定刹车为停车刹车状态时，机械制动控制单元控制机械制动装置进行制动。
3、根据权利要求2所述的电动汽车制动系统，其特征在于，所述电信号V的最小值代表轮速为零，轮速与信号值成正比关系；
电机控制单元接收到的电信号T表明制动踏板有踏下动作时，通过CAN通信网络将制动踏板动作信息传送给机械制动控制单元；
机械制动控制单元接收到电机控制单元传送的信息后，机械制动控制单元根据接收到的电信号V计算出车轮减速度大于2.0米/平方秒，机械制动控制单元控制机械制动装置进行制动，同时通过CAN通信网络将紧急刹车信息传送给电机控制单元，电机控制单元控制电力再生制动装置进行制动；
机械制动控制单元根据接收到的电信号V计算出车轮减速度小于2.0米/平方秒，机械制动控制单元通过CAN通信网络将中轻度刹车信息传送给电机控制单元，电机控制单元控制电力再生制动装置进行制动；
机械制动控制单元根据接收到的电信号V计算出车轮转速小于30公里/小时以及车轮减速度大于2米/平方秒，机械制动控制单元控制机械制动装置进行制动。
4、根据权利要求1-3中任意一项所述的电动汽车制动系统，其特征在于，制动踏板传感器为位置传感器，轮速传感器为转速传感器；电信号T为电压信号，电信号V为脉冲信号。
5、根据权利要求1所述的电动汽车制动系统，其特征在于，所述电动汽车制动系统还包括坡道开关，所述坡道开关与电机控制单元电连接，用于在车辆处于下坡过程中，手动开关触发电机控制单元控制电力再生制动装置进行制动。
6、根据权利要求1、2、3或5中任一项所述的电动汽车制动系统，其特征在于，电机控制单元还包括电池荷电状态测量模块，用于测量电力再生制动装置中蓄电池的电量，当蓄电池的电量超过满电量值的90％时，电机控制单元控制电力再生制动装置停止制动，同时通过CAN通信网络将信息发给机械制动控制单元，机械制动控制单元控制机械制动装置进行制动。
7、根据权利要求1所述的电动汽车制动系统，其特征在于，所述机械制动控制单元中还包括ABS防抱死制动控制模块，防抱死制动控制模块用于接收轮速传感器输入的信号，计算车辆的轮速，车速，减速度和滑移率，并控制机械制动装置制动力分配。
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